JP2023055477A - 研磨パッド、研磨装置、および研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】研磨面に溝を形成することと形成しないことの両方のメリットを享受できる研磨パッド、研磨装置、および研磨方法を提供する。【解決手段】本発明の一態様の研磨パッドは、メンブレン式の研磨ヘッドを用いてワークを定盤に押圧して研磨するために前記定盤に貼付する研磨パッドであって、下地ナップ層と前記下地ナップ層よりも厚い突起ナップ層とを有し、前記下地ナップ層と前記突起ナップ層との高低差が250μmから280μmの範囲であることを特徴とする。【選択図】図3
Description
本発明は、研磨パッド、研磨装置、および研磨方法に関するものである。
光学材料、半導体デバイス、ハードディスク、ガラス基板などの材料の表面には平坦性が求められるため、研磨パッドを用いた遊離砥粒方式の研磨が行われている。遊離砥粒方式とは、研磨パッドとワークの間に砥粒を含むスラリー(研磨液)を供給しながらワークの加工面を研磨加工する方法である。中でも半導体ウェーハ等の研磨では、ワークの無欠陥化、平坦化特性が高度に要求されるようになり、平坦性を確保するために研磨パッドを使用した遊離砥粒方式の研磨加工が行われ、その用いられる研磨パッドには、仕上げ研磨工程を中心に軟質研磨パッドを利用するケースが増えている。
研磨パッドを用いた半導体ウェーハ等の研磨では、使用される研磨ヘッド構造によって、研磨パッドの研磨面に適宜加工が行われることがある。例えば、水張り式の研磨ヘッドの場合、研磨面に溝がない研磨パッドを用いることが好ましいが、メンブレン方式の研磨ヘッドの場合、研磨面に溝を形成した研磨パッドを用いることが好ましい。水張り式の研磨ヘッドの場合、ワークの回収が困難であるものの、研磨面に溝がない研磨パッドの方が平坦化特性には優位に働く。一方、メンブレン方式の研磨ヘッドの場合、研磨パッドの溝模様に由来する表面平坦度の指標であるナノトポグラフィが悪化するものの、研磨面に溝を形成しなければワークの回収が困難である。
研磨パッドの研磨面における加工には、溝加工、エンボス加工及び穴加工(パンチング加工)等がある。CMP技術では、生産性の効率化や歩留まり向上の観点から研磨レートを安定化させる必要がある(例えば、特許文献1参照)。さらに、CMPで用いられる研磨パッドには、生産性、及びコスト面から、1枚当たりのワーク処理枚数を増加させることが望まれている。1枚当たりのワーク処理枚数を増加させるためには、研磨パッドの摩耗を抑制したり、研磨パッドの目詰まりによる研磨レートの低下を抑制したりする必要がある。そして研磨パッドの摩耗及び研磨レートを向上させるために、研磨パッドの研磨面に研磨スラリーを流すための溝を形成することが知られている(例えば、特許文献2参照)。
上記のように、研磨面に溝を形成した研磨パッドでは、研磨時に供給スラリーが効果的に研磨面に寄与され難く、ワークとの間で接触と非接触の不均等が生じ、ワークの表面平坦度の指標であるナノトポグラフィが悪化してしまう。一方、研磨面に溝を形成しない研磨パッドでは、研磨パッドがワークに吸着し、メンブレン方式の研磨ヘッドの場合にはワークを回収することができなくなるという問題点がある。
すなわち、研磨パッドの研磨面に溝を形成するか否かの選択は、どちらの選択肢においてもメリットとデメリットがあり、両方のメリットを享受することが難しいという課題があった。
本発明の目的は、上述した課題を鑑み、研磨面に溝を形成することと形成しないことの両方のメリットを享受できる研磨パッド、研磨装置、および研磨方法を提供する。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様の研磨パッドは、メンブレン式の研磨ヘッドを用いてワークを定盤に押圧して研磨するために前記定盤に貼付する研磨パッドであって、下地ナップ層と前記下地ナップ層よりも厚い突起ナップ層とを有し、前記下地ナップ層と前記突起ナップ層との高低差が250μmから280μmの範囲であることを特徴とする。
上記のように下地ナップ層と前突起ナップ層との高低差が250μmから280μmの範囲である研磨パッドは、研磨時には研磨面に溝を形成していないかのように機能し、ワークを回収する際には研磨面に溝を形成しているように機能する。
具体的には、研磨ヘッドが前記ワークを押圧する圧力が10MPa以上である場合、前記下地ナップ層と前記突起ナップ層との高低差が20μmから40μmの範囲になり、言い換えれば、研磨ヘッドが前記ワークを押圧する圧力が10MPa以上である場合、前記下地ナップ層および前記突起ナップ層が前記ワークに接触する。
なお、前記下地ナップ層および前記突起ナップ層は、ポリウレタン樹脂で形成されていることが好ましい。また、前記突起ナップ層の厚さは350μm以上であることが好ましい。
また、本発明の一態様の研磨装置は、ワークを定盤に押圧して研磨するためのメンブレン式の研磨ヘッドと、前記定盤に貼付する研磨パッドとを備え、前記研磨パッドは、下地ナップ層と前記下地ナップ層よりも厚い突起ナップ層とを有し、前記下地ナップ層と前記突起ナップ層との高低差が250μmから280μmの範囲であることを特徴とする。
同様に、本発明の一態様の研磨装置においても、研磨パッドが下地ナップ層と前突起ナップ層との高低差が250μmから280μmの範囲であるので、研磨時には研磨面に溝を形成していないかのように機能し、ワークを回収する際には研磨面に溝を形成しているように機能する。
前記研磨ヘッドは、中心部を押圧する中心部制御圧力と外周部を押圧する外周部制御圧力とを独立に制御可能であることが好ましい。研磨量を調整し、平坦度を高めるためである。
また、前記研磨ヘッドは、前記ワークの外周を保持するためのリテーナリングを前記研磨ヘッドの外周に備えていることが好ましい。ワークを摺動させる際にワークが研磨ヘッドから外れないようにするためである。
また、本発明の一態様の研磨方法は、下地ナップ層と前記下地ナップ層よりも厚い突起ナップ層とを有し、前記下地ナップ層と前記突起ナップ層との高低差が250μmから280μmの範囲である研磨パッドを定盤に貼付し、メンブレン式の研磨ヘッドを用いてワークを前記研磨パッドに押圧して研磨することを特徴とする。
同様に、本発明の一態様の研磨方法においても、研磨パッドが下地ナップ層と前突起ナップ層との高低差が250μmから280μmの範囲であるので、研磨時には研磨面に溝を形成していないかのように機能し、ワークを回収する際には研磨面に溝を形成しているように機能する。
具体的には、研磨時に前記下地ナップ層と前記突起ナップ層との高低差が20μmから40μmの範囲になるように、前記ワークを前記研磨パッドに押圧することを特徴とすることが好ましい。言い換えれば、研磨時に前記下地ナップ層および前記突起ナップ層が前記ワークに接触するように、前記ワークを前記研磨パッドに押圧することが好ましい。例えば、研磨時に前記研磨ヘッドが10MPa以上の圧力で前記ワークを前記研磨パッドに押圧することでこの状態を実現することができる。
本発明の各視点によれば、研磨面に溝を形成することと形成しないことの両方のメリットを享受できる研磨パッド、研磨装置、および研磨方法を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
図1は、本発明の実施形態に係る研磨装置の概略図である。図1に示すように、研磨装置100は、研磨パッド10を貼付した定盤11と、ワークを定盤11に押圧して研磨するためのメンブレン式の研磨ヘッド20とを備えている。ワークは、例えば、半導体ウェーハであり、後に図2を参照しながら説明するように、研磨ヘッド20に保持された状態で、研磨パッド10の上を摺動される。研磨パッド10を貼付した定盤11と研磨ヘッド20との間の摺動は、例えば、研磨パッド10を貼付した定盤11を回転させながら、研磨ヘッド20を定盤11の回転軸と平行にずらした回転軸で回転させることで実施することができる。さらに、研磨ヘッド20の回転軸を水平方向に移動させながら研磨を行ってもよい。
図2は、研磨ヘッドの構成を示す概略断面図である。図2に示すように、研磨ヘッド20は、研磨パッド10を貼付した定盤11にメンブレン21を用いてワークWを押圧するメンブレン式の研磨ヘッドである。メンブレン21は、外リング22を介してメンブレン21の外周部を研磨ヘッド20の支持体23に固定され、研磨ヘッド20の内部に空気室24を形成している。そして、メンブレン21は、空気室24の気圧を調整することで研磨パッド10を貼付した定盤11にワークWを押圧する圧力を調整する。なお、研磨ヘッド20の空気室24を分割し、中心部を押圧する中心部制御圧力と外周部を押圧する外周部制御圧力とを独立に制御可能とすることが好ましい。
また、研磨ヘッド20は、ワークWの外周を保持するためのリテーナリング25を研磨ヘッド20の外周に備えている。前述したように、研磨ヘッド20は、例えば、研磨パッド10を貼付した定盤11を回転させながら、研磨ヘッド20を定盤11の回転軸と平行にずらした回転軸で回転させることで、定盤11に貼付した研磨パッド10上でワークWを摺動させる。このとき、ワークWが研磨パッド10から外れないように、研磨ヘッド20の外周に取り付けられたリテーナリング25はワークWの外周を保持する。
図3は、本発明の実施形態に係る研磨パッドの概略断面図である。図3に示すように、研磨パッド10は、基材12の上にナップ層13を形成して構成されている。基材12は、例えば、不織布であり、ナップ層13は、例えば、ポリウレタン樹脂で形成されている。また、ナップ層13は、図3に示すように、下地ナップ層14とそれよりも厚い突起ナップ層15とに分かれている。下地ナップ層14は、ポリウレタン樹脂のナップ層13に溝を彫ることで形成することができる。つまり、突起ナップ層15は、ナップ層13において溝を彫らなかった領域である。
基材12の上に形成するナップ層13の厚さ、すなわち突起ナップ層15の厚さWは、例えば、350μm以上である。また、下地ナップ層14と突起ナップ層15との高低差Dは、250μmから280μmの範囲である。下地ナップ層14と突起ナップ層15との高低差Dが280μmより大きい場合、研磨時に下地ナップ層14と突起ナップ層15との高低差Dが十分に小さくならず、研磨むらが生じてしまう。一方、下地ナップ層14と突起ナップ層15との高低差Dが280μmより小さい場合、研磨終了後の回収時にワークが研磨パッド10に張り付き、ワークの回収が困難になる。
図4は、研磨時における研磨パッドにおける状態を示す概略断面図であり、図5は、ワークの回収時における研磨パッドにおける状態を示す概略断面図である。
図4に示すように、研磨パッド10のナップ層13は、研磨時にワークWを研磨パッド10に押圧することによって、突起ナップ層15が圧縮される。結果、研磨時には研磨パッド10では、下地ナップ層14と突起ナップ層15との高低差が20μmから40μmの範囲になる。これにより、下地ナップ層14および突起ナップ層15がワークWに接触するようになり、研磨面に溝を形成していない研磨パッドと同等に平坦な研磨を行うことができる。具体的には、研磨時に研磨ヘッド20が10MPa以上の圧力でワークWを研磨パッド10に押圧することで、下地ナップ層14と突起ナップ層15との高低差が20μmから40μmの範囲になる。
一方、図5に示すように、研磨パッド10のナップ層13は、ワークWの回収時にワークWに負荷する圧力を開放することことによって、突起ナップ層15の圧縮も開放される。これにより、下地ナップ層14と突起ナップ層15との高低差が少なくとも40μmよりも大きくなる。すると、研磨面に溝を形成してある研磨パッドと同様にワークWの回収が容易になる。なお、回収時には研磨ヘッド20がワークWを研磨パッド10に押圧する圧力を10MPaよりも低い圧力にすることで、下地ナップ層14と突起ナップ層15との高低差が40μmよりも大きくなる。
図6は、研磨後の平坦性を示すグラフである。図6に示すグラフには、本発明の実施による研磨を施したウェーハの平坦度と、比較例として通常の溝を形成してある研磨パッドを用いて研磨を施したウェーハの平坦度とが示されている。図6に示されたグラフから分かるように、本発明の実施による研磨では、研磨パッドに溝が形成されているにも拘らず、研磨時には下地ナップ層および突起ナップ層がウェーハに接触するようになり、研磨面に溝を形成していない研磨パッドと同等に平坦な研磨を行うことができる。一方、図6に示されたグラフから分かるように、溝を形成してある研磨パッドを用いて研磨を施した場合、溝に起因する平坦度の不均一性が発生している。
図7は、片面研磨後のLPD数の比較を示すグラフである。図7に示すグラフには、本発明の実施による片面研磨を施したウェーハにおけるLPD(Light Point Defect)数と、比較例として通常の溝を形成してある研磨パッドを用いて研磨を施したウェーハにおけるLPD数とが示されている。図7に示されたグラフから分かるように、発明の実施による研磨では、比較例と比べてLPD数が27%に減少した。
以上示したように、本発明の実施形態に係る研磨パッド、研磨装置、および研磨方法では、研磨時には、研磨時には研磨面に溝を形成していないかのように機能し、ワークを回収する際には研磨面に溝を形成しているように機能するので、研磨面に溝を形成することと形成しないことの両方のメリットを享受できる。
100 研磨装置
10 研磨パッド
11 定盤
12 基材
13 ナップ層
14 下地ナップ層
15 突起ナップ層
20 研磨ヘッド
21 メンブレン
22 外リング
23 支持体
24 空気室
25 リテーナリング
W ワーク
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Claims (12)
- メンブレン式の研磨ヘッドを用いてワークを定盤に押圧して研磨するために前記定盤に貼付する研磨パッドであって、
下地ナップ層と前記下地ナップ層よりも厚い突起ナップ層とを有し、前記下地ナップ層と前記突起ナップ層との高低差が250μmから280μmの範囲であることを特徴とする研磨パッド。 - 前記研磨ヘッドが前記ワークを押圧する圧力が10MPa以上である場合、前記下地ナップ層と前記突起ナップ層との高低差が20μmから40μmの範囲になることを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記研磨ヘッドが前記ワークを押圧する圧力が10MPa以上である場合、前記下地ナップ層および前記突起ナップ層が前記ワークに接触することを特徴とする請求項1に記載の研磨パッド。
- 前記下地ナップ層および前記突起ナップ層は、ポリウレタン樹脂で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項2のいずれか1項に記載の研磨パッド。
- 前記突起ナップ層の厚さは350μm以上であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の研磨パッド。
- ワークを定盤に押圧して研磨するためのメンブレン式の研磨ヘッドと、
前記定盤に貼付する研磨パッドと、を備え、
前記研磨パッドは、下地ナップ層と前記下地ナップ層よりも厚い突起ナップ層とを有し、前記下地ナップ層と前記突起ナップ層との高低差が250μmから280μmの範囲であることを特徴とする研磨装置。 - 前記研磨ヘッドは、中心部を押圧する中心部制御圧力と外周部を押圧する外周部制御圧力とを独立に制御可能であることを特徴とする請求項6に記載の研磨装置。
- 前記研磨ヘッドは、前記ワークの外周を保持するためのリテーナリングを前記研磨ヘッドの外周に備えていることを特徴とする請求項6または請求項7に記載の研磨装置。
- 下地ナップ層と前記下地ナップ層よりも厚い突起ナップ層とを有し、前記下地ナップ層と前記突起ナップ層との高低差が250μmから280μmの範囲である研磨パッドを定盤に貼付し、
メンブレン式の研磨ヘッドを用いてワークを前記研磨パッドに押圧して研磨することを特徴とする研磨方法。 - 研磨時に前記下地ナップ層と前記突起ナップ層との高低差が20μmから40μmの範囲になるように、前記ワークを前記研磨パッドに押圧することを特徴とする請求項9に記載の研磨方法。
- 研磨時に前記下地ナップ層および前記突起ナップ層が前記ワークに接触するように、前記ワークを前記研磨パッドに押圧することを特徴とする請求項9に記載の研磨方法。
- 研磨時に前記研磨ヘッドが10MPa以上の圧力で前記ワークを前記研磨パッドに押圧することを特徴とする請求項9に記載の研磨方法。
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